DE2234573A1 - NUCLEAR STEAM GENERATOR - Google Patents
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Description
sDe.sDe.
PATENTANWALTPATENT ADVOCATE
η. Juli 1972 Anw.-Akte: 27.27η. July 1972 Application files: 27.27
PATENTANMELDUNGPATENT APPLICATION
Anmelder: BABCOCK & WILCOX COMPANY, Applicant: BABCOCK & WILCOX COMPANY,
161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA -161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA -
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Energieerzeugungssystem mit einer einzigen Erzeugungsvorrichtung in Form eines Kernreaktors, der mit einer Anzahl von Dampferzeugern in Form von ersetzbaren und "abschreibbaren" Bausteinen ausgestattet ist, um ein Optimum an effektiver und wirksamer Mediumverdampfung während des Energieerzeugungsvorgangs zu erreichen.The invention relates to an improved power generation system with a single generating device in the form of a nuclear reactor, which is equipped with a number of steam generators in the form of replaceable and "write-off" modules, in order to achieve an optimum of effective and efficient medium evaporation during the energy generation process.
In der Technik gibt es viele und unterschiedliche nukleare' Energieerzeugungssysteme, von denen einige hinsichtlich ihrer Betriebsföhigkeit von der Verdampfung von Medien, wie z. B. Wasser, abhängen. Um jedoch die Betriebsfähigkeit, lange Lebensdauer und Sicherheit sicherstellen zu können, mUssen diese Erzeugungssysteme notwendigerweise durch sehr viele einzelne und getrennte Hilfssysteme unterstützt werden, von denen jedesIn engineering there are many and different nuclear 'power generation systems, some of which are dependent on the evaporation of media such as B. Water, hang out. However, in order to maintain serviceability, long service life and to be able to ensure safety, these generation systems must necessarily be supported by a great many individual and separate auxiliary systems, each of which
2 U 9 U « 4 / 1 0 A 0 - 2 -2 U 9 U «4/1 0 A 0 - 2 -
auf Grund der jeweiligen Größe und Form einen eigenen Raumbedarf hat. Letzten Endes ergibt ein solches verwickeltes Betriebsgewebe von Hilfssystemen eine etwas große, schwerfällige und verhältnismäßig unwirksame Anlage im Vergleich zur Größe der für die Aufstellung, die Wartung und die Benutzung erforderlichen Baustelle.has its own space requirements due to its size and shape. Ultimately, there is such an intricate operational fabric of auxiliary systems a somewhat large, cumbersome and proportionate one Ineffective system compared to the size of the construction site required for installation, maintenance and use.
So könnte z.B. in Betrieben der öffentlichen Hand, wie einem Kraftwerk^ der Bedarf bis zu 1200 MW . bei den Üblicheren Einzelkernkrafterzeugern betragen, die in der Vergangenheit fUr Wartung und Betrieb gewöhnlich einen Raumbedarf von sage und schreibejetwaFor example, in public-sector companies such as a Kraftwerk ^ the need up to 1200 MW. in the more common single-core force generators which in the past usually required no less than a mere space for maintenance and operation
46400 μ gehabt haben. Und wenn es notwendig wäre, wie es die UmweltschUtzer verlangen, eine solche Anlage in einem unterirdischen Betonbett zu erstellen, dann mußte die gleiche Anlage in so großen Tiefen wie 90 m angeordnet werden.46400 μ. And if it were necessary, like them Environmentalists demand that such a plant be built in an underground concrete bed, then the same plant had to be built be placed at depths as great as 90 m.
Auch ist z.B. in anderen Einsatzfällen, z.B. als Schiffsantrieb, die Geschwindigkeit eines atomgetriebenen Schiffes u.a. durch den fUr das Energieerzeugungssystem zur Verfugung stehenden Raum begrenzt. Nach dem derzeitigen bekannten Stand der Technik begrenzt das Übliche Kernenergieerzeugungssystem fUr Schiffsantrieb dieAlso, e.g. in other applications, e.g. as a ship propulsion system, the speed of a nuclear-powered ship is, among other things, controlled by the Space available for the power generation system is limited. Limited according to the current state of the art the usual nuclear power generation system for ship propulsion
thth
raumbedarfs seitens des Reaktors und der Hilfssysteme. Somit ist der Antrieb eines solchen Schiffes auf etwa 120.000 Wellen-PS begrenzt. Wie es klar sein sollte, ist in der Tat eines der Abschreckungsmittel fUr die Verwendung der Kernenergie in vielen Fällen der Anlagerraumbedarf, der nicht nur auf den Reaktor selbst zurückzuführen ist, sondern auch auf die notwendigen Hilfssysteme. space requirements on the part of the reactor and auxiliary systems. So is the propulsion of such a ship is limited to around 120,000 shaft horsepower. As it should be clear, it is indeed one of the deterrents For the use of nuclear energy in many cases the storage space required, which is not only due to the reactor itself but also to the necessary auxiliary systems.
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In der Technik ist eine Anlage erforderlich, die in Form eines Energieerzeugungssystems geschaltet ist, jedoch nicht im wesentlichen alle der nach dem Stand der Technik erforderlichen Hilfssysteme für ihren Betrieb, ihre Wartung und ihre Benutzung in einer effektiven und wirkungsvollen Weise benötigt, dennoch aber ein Optimum auf dem Gebiet der Sicherheit bietet.In technology, a system is required that is in the form of a Power generation system is switched, but not essentially all of the auxiliary systems required according to the state of the art needed for their operation, maintenance and use in an effective and efficient manner, but nevertheless offers an optimum in the area of security.
Die vorliegende Erfindung entspricht dem Bedarf der Techik hinsichtlich der dreidimensionalen Anforderungen an Größe und Form unter besonderer Betonung eines Kernenergieerzeugungssystems, das verwendet werden kann, um Leistungen zu erzeugen, die über diejenigen nach dem Stand der Technik hinausgehen, ohne daß die folgenden Hilfssysteme im wesentlichen aus der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung herausgenommen werden können :The present invention meets the needs of the art with regard to this the three-dimensional requirements for size and shape with particular emphasis on a nuclear power generation system that Can be used to generate benefits beyond those go beyond the prior art without the following auxiliary systems essentially from the circuit according to the present invention can be taken out:
a) Antriebe für Regelstäbe in Teillänge;a) Drives for control rods in partial length;
b) Coreflutungssysteme;b) core flooding systems;
c) Hochdruck-Einspritzsysteme;c) high pressure injection systems;
d) Thiosulphat-Sprühsysteme;d) thiosulphate spray systems;
e) Aufgabe- und Entnahmesysteme für lösliche Gifte;e) feeding and withdrawal systems for soluble poisons;
f) Instrumentierungssysteme innerhalb des Cores;f) instrumentation systems within the core;
g) enorm große Computersysteme;g) enormously large computer systems;
h) ebenfalls große Systeme fUr die Beseitigung von flüssigen Abfällen;h) Also large systems for liquid waste disposal;
i) Unterstützungssysteme für Erdbebenkreisläufe.i) Support systems for earthquake cycles.
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Als Nebenvorteil der Ausschaltung der obigen Systeme werden auch die periodische Prüfung und Wartung solcher Hilfssysteme mit
ihrem Raum- und Kostenbedarf ausgeschaltet.As a side advantage of switching off the above systems, the periodic testing and maintenance of such auxiliary systems are also included
off their space and cost requirements.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kernsystem
zu schaffen für die Energieerzeugung ohne Bedarf an den
obigen Hilfssystemen.It is therefore an object of the invention to provide an improved core system for generating power without the need for the
above auxiliary systems.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Kernenergieerzeugungsaggregat zu schaffen, das innen ersetzbare Dampferzeuger der "abschreibbaren" Bausteinausführung hat.Another object is to provide an improved nuclear power generation unit to create that has internally replaceable steam generators of the "write-off" modular design.
Eine weitere Aufgabe ist es, einen Dampferzeuger der Bausteinausführung zu schaffen, um ein Optimum an effektiver und wirksamer Verdampfung des Mediums während des Energieerzeugungsvorgangs zu erreichen. Another task is to build a steam generator of the modular design to create in order to achieve an optimum of effective and efficient evaporation of the medium during the energy generation process.
Weitere Aufgaben und viele Nebenvorteile dieser Erfindung werden
dem Fachmann klarer werden, wenn er die folgende detaillierte
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest.Other objects and many ancillary advantages of this invention will become
will become more apparent to those skilled in the art when he detailed the following
Description reads in conjunction with the accompanying drawings.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show:
Fig. 2 einen Querschnitt des Reaktors mit einer besonderen Anordnung der Einbauten,Fig. 2 shows a cross section of the reactor with a particular arrangement the internals,
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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 unter Darstellung eines Gitters, das aus einer Anzahl Dampferzeuger um den Umfang des Reaktorcores herum besteht.Fig. 3 is a section along the line 3-3 of Fig. 2, showing a grid consisting of a number of steam generators around the perimeter of the reactor core.
Fig. 4 eine Ansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3 unter Darstellung einer Gesamtgruppe aus einer Anzahl der einzelnen Reaktor-Dampferzeuger-Bausteine.Fig. 4 is a view taken along line 4-4 of Fig. 3 and is shown an overall group consisting of a number of the individual reactor-steam generator modules.
Fig. 5 eine Ansicht eines einzelnen Dampferzeuger-Bausteins des Reaktors nach Fig. 2.FIG. 5 shows a view of an individual steam generator module of the reactor according to FIG. 2.
Fig. 6 eine Ansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 und Fig. 7 eine Ansicht an der Linie 7-7 der Fig. 5.FIG. 6 is a view taken along line 6-6 of FIG. 5, and FIG. 7 is a view taken along line 7-7 of FIG. 5.
Gleiche Ziffern bedeuten gleiche Teile innerhalb der verschiedenen Abbildungen.Like numerals mean like parts within the different ones Illustrations.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung gemäß Darstellung in Fig. 1 umfaßt im breiten Sinne des Worts ein Energieerzeugungssystem, das in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet ist und mehrere Kernreaktor-Dampf erzeugeraggregate umfaßt, die je parallel zu zwei Kopplungseinheiten geschaltet sind, die Teil des geschlossenen Systemkreislaufs bilden und darin in Reihe angeordnet sind. Gemäß dieser Schaltung kann irgendein Reaktoraggregat oder irgendeine Anzahl solcher Reaktoraggregate in die Flußfolge eingegliedert werden, um einen Leistungsbereich von 1 bis 3 mal Systemleistung zu ergeben. Wenn z. B. ein Aggregat 400 MW leistet, dann wlirde man eine Leistung vonOne aspect of the invention as shown in FIG. 1 includes in the broad sense of the word a power generation system that is connected in a closed circuit and several nuclear reactor steam includes generating units, which are each connected in parallel to two coupling units, which are part of the closed system circuit form and are arranged in series therein. According to this circuit, any reactor aggregate or any number of such Reactor units are incorporated into the flow sequence to give a performance range of 1 to 3 times the system performance. if z. B. if a genset has an output of 400 MW, then one would have an output of
- 2O988WKH0- 2O988WKH0
1200 MW dadurch erreichen, daß man die drei Aggregate in dem geschlossenen Kreislaufsystem parallel betreibt. Es kommt dabei jedoch nicht zum Ausdruck, daß diese Leistung ohne die Hilfssysteme erreicht werden kann, die erforderlich sind, wenn man den nach dem Stand der Technik bekannten einzelnen Kernreaktor mit der gleichen Gesamtleistung einsetzt.1200 MW can be achieved by placing the three units in the closed Circulatory system operates in parallel. It does not, however, imply that this achievement is achieved without the auxiliary systems which are required when using the prior art single nuclear reactor with the same overall performance begins.
Im einzelnen steht bei dem System nach der vorliegenden Erfindung jeder der konsolidierten Kerndampferzeuger 11 mit einer Kopplungseinheit oder Mischkammer 12 Über entsprechende Armaturen in Verbindung, um Dampf zu einer Turbine 13 für die konventionelle Energieerzeugung zu leiten. Ein Kondensator 14 ist in Reihe mit der Turbine 13 geschaltet und befindet sich in der Nähe einer Pumpe 15, welche Kondensat zu einem Entsalzer 16 und dann in Reihe Über einen Luftstrahlapparat 17, einen Niederdruck-Vorwärmer 18 und einen Entgaservorwärmer 19 leitet. Eine Hauptpumpe 21 Übernimmt Speisewasser aus dem Vorwärmer 19 und leitet es zu einem Hochdruck-Vorwärmer 22 zwecks Weiterleitung zu dem gewählten Kerndampferzeuger 11 Über eine Kopplung 23 und entsprechende Armaturen.In detail, in the system according to the present invention, each of the consolidated core steam generators 11 is connected to a coupling unit or mixing chamber 12 via corresponding fittings, to direct steam to a turbine 13 for conventional power generation. A capacitor 14 is in series with the Turbine 13 switched and is located near a pump 15, which condensate to a desalinator 16 and then in series via a Air jet apparatus 17, a low pressure preheater 18 and one Degassing preheater 19 conducts. A main pump 21 takes over feed water from the preheater 19 and directs it to a high pressure preheater 22 for the purpose of forwarding to the selected core steam generator 11 Via a coupling 23 and corresponding fittings.
Weitere Nebenvorteile der Erfindung schließen die Tatsach· ein, daß ein Komplex dieser Art räumlich auf Baustellen untergebracht werden kann, die unmöglich das aus einem einzelnen Reaktor bestehende Kernenergieerzeugungssystem vergleichbarer Leistung aufnehmen können. Die durch das vorliegende System gebotenen Vorteile bei der Sicherheit und der räumlichen Anordnung Übersteigen bei weitem diejenigen anderer Systeme, welche Leichtwasserreaktoren verwenden; gleich-Further side advantages of the invention include the fact that a complex of this kind can be accommodated spatially on construction sites which would not be possible to use the nuclear power generation system consisting of a single reactor can absorb comparable performance. The security advantages offered by the present system and the spatial arrangement far exceed those of other systems using light water reactors; same-
2 0 9 8 δ Λ / 1 (KQ2 0 9 8 δ Λ / 1 (KQ
"7" · 2 2 3 A 5 7" 7 " · 2 2 3 A 5 7
zeitig kann die Anlage oder kann das System leichter gewartet und betrieben werden. Weiterhin ist die Erzeugung von flüssigen Abfällen vernachlässigbar gering, da eine verhältnismäßig niedrigere radioaktive Kontaminierung aufgebaut wird.the system or the system can be serviced and operated more easily in good time. Furthermore, there is the generation of liquid waste negligibly small, since a relatively low level of radioactive contamination is built up.
Wenn man sich nun auf Fig. 2 bezieht, dann ist der konsolidierte Kerndampferzeuger 11 gemäß der Erfindung mit einem Druckbehälter 26 ausgestattet, welcher ein konventionelles Core 27 hat, das. vorwiegend aus einem Gitter Brennelemente besteht, die KUhlmittelströmungskanäle innerhalb des Cores festlegen. Ein Wärmetauscher oder Dampferzeuger 28 steht mit dem Behälter 26 in Primärkühlmittel-Strö'mungsverbindung und ist mit Vorrichtungen 29 ausgestattet, um ,Primärkühlmittel durch den Erzeuger 28 und den Behälter 26 über solche Kanäle strömen zu lassen. Der Behälter ist auch mit Vorrichtungen ausgestattet, um Speisewasser 31 zuzuführen und Dampf 32 abzuziehen, wobei jede dieser Vorrichtungen mit dem zuvor genannten geschlossenen Kreislaufsystem gemäß Fig. 1 gekoppelt ist.Referring now to Figure 2, the consolidated core steam generator 11 according to the invention is with a pressure vessel 26 equipped, which has a conventional core 27, which consists mainly of a grid of fuel elements, the coolant flow channels set within the core. A heat exchanger or steam generator 28 is in primary coolant flow connection with the container 26 and is equipped with devices 29 to transfer primary coolant through the generator 28 and the container 26 to let such channels flow. The tank is also equipped with devices for supplying feed water 31 and steam 32, each of these devices with the aforementioned closed circuit system according to FIG. 1 is coupled.
Das Wesen des Verfahrens und der Reaktoranordnung besteht darin, daß ein einzelner Dampferzeuger auf Abstand oberhalb des Cores in dem Druckbehälter 28 vorgesehen ist. Der Strömungsweg des Primärkühlmittels ist durch die Punkte 35 bis 39 in Fig. 1 angedeutet. Wie man der Abbildung entnehmen kann, ist jeder der Dampferzeuger-Bausteine unten mit einer Tragplatte 41 versehen sowie mit einer Stützwand 42, die in Längsrichtung entlang der Innenseite des Bausteins verläuft, welcher hiernach im einzelnen beschrieben wird.The essence of the process and the reactor arrangement is that a single steam generator is provided at a distance above the core in the pressure vessel 28. The primary coolant flow path is indicated by the points 35 to 39 in FIG. As you can see from the picture, each of the steam generator building blocks is Provided below with a support plate 41 and with a support wall 42, which extends in the longitudinal direction along the inside of the block which is described in detail below.
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"8" 223A573" 8 " 223A573
der in Fig» 2 dargestellten Integralbauart sind durch eine typische Unvereinbarkeit zwischen den jeweiligen Formen und Abmessungen der Hauptteile, wie z.B. Core, Corebehälter und Dampferzeuger, kompliziert gestaltet worden. Selbst nach Lösung einiger der Formprobleme zur Schaffung eines kompakteren Reaktors wurde festgestellt, daß die Anordnungen nach dem Stand der Technik die Fertigungskosten erhöhten und zusätzliche Probleme schufen, die mit der Wartung und der Befahrung im Betrieb verknüpft waren* Deshalb wurde eine Reaktoranordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, angestrebt, um den gewünschten Kompaktheitsgrad zu erzielen, jedoch unter Ausschaltung der Mehrkosten und der Befahrungsprobleme.of the integral type shown in Fig. 2 are through a typical Incompatibility between the respective shapes and dimensions of the main parts, e.g. core, core container and steam generator, complicated been designed. Even after solving some of the shape problems to create a more compact reactor, it was found that the prior art arrangements increased manufacturing costs and created additional problems associated with the Maintenance and driving in the company were linked * That was why a reactor arrangement as shown in Fig. 2 is aimed at in order to achieve the desired degree of compactness, however while eliminating the additional costs and traffic problems.
Ein Höchstmaß an kompakter Ausfuhrung ist mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung auf Grund des Dampferzeugers 28 sowie auf Grund seiner Form und seiner Größe erreicht worden. Infolgedessen wurden sowohl die Höhe als auch der Durchmesser des Druckbehälters stark vermindert mit einer entsprechenden Herabsetzung des Primärkühlmittelbedarfs auf einen so geringen Wert wie 50 % des Bedarfs bei den konventionellen Einzelreaktoren nach dem Stand der Technik, während die vorliegende Anordnung verhältnismäßig frei von Wärmespannungen ist, die durch betriebliche Übergangszustände verursacht werden.A high degree of compact design has been achieved with the arrangement shown in FIG. 2 due to the steam generator 28 and due to its shape and size. As a result, both the height and the diameter of the pressure vessel have been greatly reduced with a corresponding reduction in the primary coolant requirement to as little as 50% of the requirement for conventional individual reactors according to the prior art, while the present arrangement is relatively free of thermal stresses, which caused by operational transitional states.
Weitere Nebenvorteile bestehen darin, daß die Dampferzeuger auf Abstand oberhalb des Cores angeordnet sind. In der Praxis sollte der Abstand ein Gesamtmaß von mindestens etwa 60 cm haben. Auf diese Weise wird die Erzeugung von radioaktivem Sauerstoff in dem Sekundärsystem vermieden; dadurch scheiden auch die NebenproblemeOther side advantages are that the steam generator is at a distance are arranged above the core. In practice, the distance should have a total dimension of at least about 60 cm. on in this way the generation of radioactive oxygen in the secondary system is avoided; this also separates the secondary problems
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aus, die die Verwendung einer kostspieligen Abschirmung innerhalb eines solchen Systems einschließen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß aktivierte Korrosionsprodukte ebenfalls in dem Sekundärsystem vermieden werden. In der Vergangenheit trat dies gewöhnlich, ein, als metallische Rohre mit einem Neutronenfeld aus dem Reaktorcore in Berührung kamen. Infolge der genannten Vorteile kann bei der Fertigung des Dampferzeugers ferritischer Stahl verwendet werden, der verhältnismäßig billiger ist und fUr die Optimierung des Wirkungsgrads des Wärmeaustauschverfahrens eine größere Wärmeleitfähigkeit besitzt als nichtrostender Stahl. In der Vergangenheit war die Verwendung eines solchen Werkstoff· nicht möglich· Dies war in erster Linie darauf zurückzuführen, daß bei einer Verminderung des Abstands zwischen dem Dampferzeuger und dem Cord die Übliche Rißbildungs- und Bruchneigung der ferritischen Stähle zunimmt.which include the use of expensive shielding within such a system. There is an additional benefit in that activated corrosion products are also avoided in the secondary system. This has occurred in the past usually, one, as metallic tubes with a neutron field came into contact from the reactor core. As a result of the advantages mentioned, ferritic steel can be used in the manufacture of the steam generator can be used, which is relatively cheaper and for optimizing the efficiency of the heat exchange process has greater thermal conductivity than stainless steel. In the past, the use of such a material was not possible · This was primarily due to the fact that when the distance between the steam generator is reduced and the cord has the usual tendency to crack and break of the ferritic ones Steels increases.
Da in der Vergangenheit Hilfssysteme verwendet wurden, die Borsäure im PrimärkUhlmittel enthielten, konnten die ferritischen Stähle wegen der Korrosionsrate ebenfalls nicht eingesetzt werden. Jetzt kann jedoch ein solcher.Werkstoff verwendet werden, und auf Grund der größeren Wärmeleitfähigkeit dieser Werkstoffe können die Dampferzeuger in kleineren und billigeren Einheiten gefertigt werden, ohne daß der erforderliche GesamtwärmeUbergang einer solchen Einheit gefährdet wird. Weiterhin würde der Dampfströmungsweg wesentliche technische, betriebliche und Wartungsprobleme aufwerfen, wenn, wie in der Vergangenheit, der Dampferzeuger neben dem Kern angeordnet würde. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung tritt jedoch ein verhältnismäßig geringer Strömungswider-Since auxiliary systems were used in the past, boric acid contained in the primary coolant, the ferritic steels could also not be used because of the corrosion rate. However, such a material can now be used, and Due to the greater thermal conductivity of these materials, the steam generators can be manufactured in smaller and cheaper units without endangering the required total heat transfer of such a unit. Further would be the steam flow path raise significant technical, operational and maintenance problems when, as in the past, the steam generator is alongside the core would be arranged. In the arrangement shown in Fig. 2, however, there is a relatively low flow resistance.
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stand in Primärsystem auf und ein Naturumlauf wird aufrechterhalten, selbst wenn die Pumpe 29 ausfällt. In der Tat wUrde der Umlauf bei dem vorliegenden Reaktor in einem solchen Fall gegenüber den Gesamtnaturumlauf oder dem Gesamtstrom sogar noch etwas verstärkt, den man gewöhnlich bei Reaktoren nach dem Stand der Technik vorfindet. Somit wird selbst bei nicht arbeitenden Umwälzpumpen in dieser Beziehung eine ungewöhnlich gute Verhaltensweise erreicht. Gemäß der Erfindung haben die Wärmetauscher oder Dampferzeuger 28 zum Einsatz im Reaktor die Form einer Vielzahl von einzelnen und ersetzbaren Bausteinen, von denen jeder "abgeschrieben" werden kann und die alle zusammen den Wärmeübergangsvorgang des Systems und, wie beschrieben, die Strömungsverteilung des Kühlmittels in einem solchen Aggregat kontrollieren. Es ist in der Technik bekannt, daß die Leistung eines Kernreaktors u.a. durch den Koeffizienten begrenzt wird, mit den Wärme auf das innerhalb des Wärmetauschers strömende Sekundärmedium Übertragen werden kann.got up in the primary system and a natural cycle is maintained, even if the pump 29 fails. Indeed, the circulation in the present reactor would be opposed in such a case the total natural cycle or the total current even something else that is commonly found in prior art reactors. This means that even when the circulation pumps are not working achieved unusually good behavior in this regard. According to the invention, the heat exchangers or steam generators 28 for use in the reactor takes the form of a multitude of individual and replaceable building blocks, each of which is "written off" can be and all together the heat transfer process of the system and, as described, the flow distribution of the coolant control in such a unit. It is known in the art that the performance of a nuclear reactor is inter alia the coefficient is limited with which heat can be transferred to the secondary medium flowing within the heat exchanger.
Eine Bauform zur Sicherstellung des Optimums an effektivem und wirksamem Wärmeübergang zwischen einem Primär- und Sekundärmedium innerhalb des zuvorgenannten Reaktors ist diejenige, bei der eine Anzahl in Längsrichtung verlaufender Wärmeaustauschrohre, die ein Sekundärmedium enthalten, innerhalb eines vorgeschriebenen Raums in einer bestimmten Ordnung in dem Strömungsweg des erwärmten Primärmediums angeordnet wird. In einem solchen Fall strömt das Primärmedium abwärts Über eine maximale Außenfläche der Rohre und Überträgt dabei seine Wärme auf das Sekundärmedium innerhalb eines jeden der Rohre; dieses Sekundärmedium wird leicht verdampft und erzeugt dabei Dampf oder Gas. Der letztgenannte Dampf bzw. dasA design to ensure the optimum in effective and effective heat transfer between a primary and secondary medium within the aforementioned reactor is the one in which a number of longitudinally extending heat exchange tubes, which a Secondary medium contained within a prescribed space in a certain order in the flow path of the heated one Primary medium is arranged. In such a case, the primary medium flows downwards over a maximum outer surface of the tubes and It transfers its heat to the secondary medium within a each of the tubes; this secondary medium is easily evaporated, producing steam or gas. The latter steam or that
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letztgenannte Gas strömt dann innerhalb solcher Rohre aufwärts im Gegenstrom zum Primärmedium. Um für das System einen optimalen Wärmeübergang sicherzustellen, werden die Rohrbündel in Gruppen 40 gefertigt, die Bausteine genannt werden und nebeneinander um den Umfang des Core herum in der Gesamtform eines Gitters 41 angeordnet werden, wie man der Fig. 3 entnehmen kann.The latter gas then flows upwards within such tubes in countercurrent to the primary medium. In order for the system to be optimal To ensure heat transfer, the tube bundles are in groups 40 manufactured, which are called building blocks and arranged side by side around the circumference of the core in the overall shape of a grid 41 as can be seen from FIG. 3.
Das in Fig. 3 dargestellte Gitter besteht aus einer Anzahl gleichmäßig gebauter, in Längsrichtung verlaufender und nebeneinander angeordneter Bausteine von Dampferzeugungseinheiten.The grid shown in Fig. 3 consists of a number evenly built, lengthways and juxtaposed building blocks of steam generating units.
Jedoch kann die Gesamtausbildung des Gitters in der Anordnung etwas geändert werden, ohne von dem Geist dieser Erfindung abzuweichen, solange jeder der Dampferzeuger 28, die das Gitter 41 bilden, ein einzelner, trennbarer und ersetzbarer Baustein der nachstehend im einzelnen beschriebenen Art ist. Weiter werden, wie in Fig. 4 dargestellt, zur Erzielung einer einwandfrei freien Strömung des Primärmediums durch das Gitter oder den Gesamtdampferzeuger die einzelnen Dampferzeugergruppen 42 in verschiedenen Höhen zueinander angeordnet, wodurch das Primärmediums im wesentlichen unbehindert in den, durch den und aus dem Dampferzeuger strömt, wie es durch die Strömungslinien 43 angedeutet ist. Wie dargestellt, ist ein System von Verteilern 44 vorgesehen, um den Dampf von den Bausteingruppen durch die Wand des Behälters 26 zu Leitungen 32 des Gesamtenergieerzeugungssystems, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zu leiten. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die erweiterten Stücke eines jeden der einzelnen Rohre 47 nebeneinander in der Mitte der Bausteingruppen 42 angeordnet sind, selbst wenn jede der Dampferzeu-However, the overall configuration of the grid in the arrangement can be somewhat can be changed without departing from the spirit of this invention as long as each of the steam generators 28 forming the grille 41 is on individual, separable and replaceable building block of the type described in detail below. Furthermore, as shown in Fig. 4, to achieve a perfectly free flow of the primary medium through the grid or the entire steam generator the individual Steam generator groups 42 arranged at different heights to each other, whereby the primary medium is essentially unhindered in the, flows through and out of the steam generator as it does through the flow lines 43 is indicated. As shown, a system of manifolds 44 is provided to remove the steam from the building blocks through the wall of the container 26 to lines 32 of the total energy generation system, as shown in Fig. 1 to conduct. It should be noted that the extended pieces are a each of the individual tubes 47 are arranged side by side in the middle of the building blocks 42, even if each of the steam generators
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gungseinheiten der Gruppe auf einer anderen Höhe liegt. Die gesamte Gruppe der Dampferzeuger bildet eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Strömungskanälen fUr das Primärmedium. Obwohl die Bausteine auf verschiedenen Höhen liegen, liegt der mittlere nicht eingezogene Teil der einzelnen eingezogenen RohrstUck· bei allen Bausteinen auf der gleichen Höhe. Diese Anordnung hält die Wirksamkeit der Wärmeaustauschfläche aufrecht, weil dadurch die Neigung vermieden wird, daß irgendein einzelnes Rohr von dem strömenden Primärmedium umgangen wird. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der einzelne Baustein oder die einzelne Dampferzeugungseinheit 28 im wesentlichen ein geschlossenes Paket von Längsrohren 47, die genau angeordnet sind und zueinander gehalten werden, wobei eine sinnvolle Freiheit zwischen denselben besteht, damit sie sich mit der Temperaturänderung dehnen können. Das aus Längsrohren bestehende Bündel wird stabil zwischen zwei Rohrböden 50, 51 gehalten, von denen jeder in Verbindung mit anderen Teilen die Basis für den Eintritts- und Austrittssammler des geschlossenen Systems bildet und die das Bündel gegen Rattern und Schwingungen festhalten, wenn die Einheit einem erwärmten, in Wirbelströmung fließenden Primärmedium ausgesetzt wird. Im allgemeinen wird die Einheit seitlich in Abständen auf ihrer Länge durch ein Bauteil stabilisiert, das Rost 52 genannt wird. Das letztgenannte Teil schaltet die Gefahr aus, daß sich die einzelnen Rohre durch Temperaturänderung oder Wirbelströmung verbiegen oder verlagern können. In einigen Fällen könnte der Rost durch eine Anzahl von eingepaßten Laschen gebildet werden, um eine seitliche Netzstruktur von Öffnungen zu ergeben, in denen die Längsrohre gitterartig aufgenommen und gehalten werden, ohne daß die Strömung des Primärmediums Über die einzelnen Rohre behindert wird. Wie angedeutet,units of the group are at a different level. The whole The group of steam generators forms a number of longitudinal flow channels for the primary medium. Although the building blocks lie at different heights, the middle, non-drawn-in part of the individual drawn-in pipe pieces rests on all building blocks the same height. This arrangement maintains the effectiveness of the heat exchange surface upright, because it avoids the tendency that any single pipe is bypassed by the flowing primary medium will. As shown in FIG. 5, the individual building block or the individual steam generating unit 28 is essentially a closed one Package of longitudinal tubes 47, which are precisely arranged and held to one another, with a meaningful freedom between the same exists so that they can expand with the change in temperature. The bundle consisting of longitudinal tubes becomes stable between two Tube sheets 50, 51 held, each of which in communication with another Share the base for the inlet and outlet headers of the closed System forms and which hold the bundle against rattling and vibrations when the unit is heated in eddy currents is exposed to flowing primary medium. In general, the unit is laterally spaced along its length by a Stabilized component, which is called grate 52. The latter part eliminates the risk that the individual pipes through Bend or shift in temperature or turbulence. In some cases the rust could be through a number of Fitted tabs are formed to form a side mesh structure to result in openings in which the longitudinal tubes are received and held in a grid-like manner, without the flow of the primary medium Is obstructed over the individual pipes. As indicated,
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strömt das letztgenannte Medium in Längsrichtung entlang und innerhalb des Rohrgebildes als ein Träger fUr den Wärme- oder Energie-Übergang auf die einzelnen Rohre.the latter medium flows in the longitudinal direction along and within of the pipe structure as a carrier for the heat or energy transfer on the individual tubes.
Wie in Fig. 5 dargestellt, verlaufen die einzelnen verhältnismäßig dünnen, vertikalen Rohre durch den oberen und unteren horizontalen Rohrboden Seite an Seite in bestimmten Abständen voneinander. Die Außenfläche der Rohrböden oder seitliche angrenzenden Teile ist an den Kontaktstellen dieser Rohrböden mit den Außenenden der einzelnen Rohre vorzugsweise flach und eben. In der beschriebenen Weise stellt die Einheit ein kompaktes Paket von gebündelten Rohren dar. Die Verfahren zur Befestigung solcher Rohre an Rohrböden sind zahlreich und schließen Elektroschweißung oder irgendeine andere übliche oder konventionelle Methode ein, die in der Technik für diesen gewünschten Zweck bekannt ist.As shown in Fig. 5, the individual run relatively thin, vertical tubes through the top and bottom horizontal tube sheets side by side at specific distances from each other. the The outer surface of the tube sheets or side adjacent parts is on the contact points of these tube sheets with the outer ends of each Tubes preferably flat and level. In the manner described, the unit represents a compact package of bundled tubes. The methods of attaching such tubes to tube sheets are numerous and include electric welding or any other common or a conventional method known in the art for this desired purpose.
Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Zugangemöglichkeit zum Dampferzeuger 28 im Reaktor selbst, weil der gesamte Einbau, der oberhalb des Cores angeordnet ist, als eine Einheit ausgebaut werden kann. Die letztgenannte Einheit besteht aus den Außenwänden 42, die dem Dampferzeuger eine innere Unterstützung verleihen und in Längsrichtung durch Versteifungsrippen 43 verstrebt werden, die ihrerseits vertikal verlaufen und von den Platten 44 bis 47 getragen werden. Nachdem der beschriebene Einbau entfernt ist, ist ein leichter Zugang zu den einzelnen Gruppen der Dampferzeuger möglich. Auf diese Weise kann jeder der Bausteine leicht ersetzt,' "abgeschrieben" oder sogar an Ort und Stelle repariert werden. Auch ist gegenüber dem bekannten Stand der Technik weniger ZeitAnother advantage is the improved access to the steam generator 28 in the reactor itself, because the entire installation, the is arranged above the core, can be expanded as a unit. The latter unit consists of the outer walls 42, which give the steam generator an internal support and are braced in the longitudinal direction by stiffening ribs 43, the in turn extend vertically and are supported by the plates 44-47. After the installation described has been removed, a easy access to the individual groups of steam generators possible. In this way each of the building blocks can easily be replaced, ' "written off" or even repaired on the spot. There is also less time compared to the known prior art
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erforderlich, um jeden der Dampferzeuger-Bausteine voll auszubauen und zu ersetzen. Auch können undichte Stellen in den einzelnen Rohren eines Bausteins leicht abgesperrt werden bei einer verhältnismäßig geringeren Leistungseinbuße.required to fully expand each of the steam generator modules and replace. Leakages in the individual pipes of a building block can also be easily blocked off in a relatively less degradation in performance.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform würden die Bausteine einen quadratischen Querschnitt und eine Teilung haben, die mit der Größe und Teilung des Core-Brennelementbündels vereinbar ist. Im wesentlichen wurde festgestellt, daß der Durchlauf-Dampferzeuger mit seinen niedrigen Sekundärgeschwindigkeiten und Aufwärtsströmung einzigartig für die erforderliche Bausteinform geeignet ist. Vorzugsweise haben die einzelnen Rohre des Bausteins eine Wandstärke von etwa 1,7 mm und einen Abschnitt mit einem Außendurchmesser von etwa 12,7 mm, der an beiden Enden auf einen Außendurchmesser von etwa 9,5 mm eingezogen wird. Die Teilung in einem praktischenIn a preferred embodiment, the bricks would have a square cross-section and a pitch that corresponds with size and division of the core fuel assembly is compatible. Essentially it was found that the once-through steam generator with its low secondary velocities and upward flow is uniquely suitable for the required building block shape. The individual tubes of the building block preferably have a wall thickness of about 1.7 mm and a section with an outer diameter of about 12.7 mm, which at both ends to an outer diameter of is pulled in about 9.5 mm. The division in a practical
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Baustein beträgt etwa 15,5 mm . Die Primärkühlmittelströmung in
jeden und aus jedem der Bausteine wird durch den eingezogenen' Rohrabschnitt erleichtert. Der typisch kleine Bohrdurchmesser
der Bausteine vermindert die Leckrate bei einem Rohrreißer und trägt zu der kompakten Ausfuhrung bei; außerdem setzt er die Notwendigkeit
von dicken Wänden bei den Rohren selbst auf ein Geringstmaß herab·2
Block is about 15.5 mm. The primary coolant flow into and out of each of the building blocks is facilitated by the retracted pipe section. The typically small drilling diameter of the building blocks reduces the leakage rate in the case of a pipe rupture and contributes to the compact design; In addition, it reduces the need for thick walls on the pipes themselves to a minimum
Die einzelnen Sammler 52, 53, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind, werden entweder geschmiedet oder gegossen. Diese einzelnen StUcke werden an den Rohrboden angeschweißt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Jeder der Sammler ist mit einer Umfangskante 54 versehen, die an den Rohrboden angesetzt wird. Das Innere des Hauptkörpers eines jeden der Sammler wird gegen den AußendruckThe individual headers 52, 53 shown in Figures 6 and 7 are either forged or cast. This individual Pieces are welded to the tube sheet as shown in FIG is. Each of the headers is provided with a peripheral edge 54 which is attached to the tube sheet. The inside of the The main body of each of the collectors is against the external pressure
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des Primärmediums durch eine Anzahl von gleichmäßig verteilten Stutzen 55 unterstutzt, die an dem Rohrboden anliegen, wenn die Kante angeschweißt ist. Da der Innendruck beträchtlich geringer als der Außendruck ist, ist es nicht erforderlich, jede dieser Stutzen an der Kontaktfläche des Rohrbodens anzuschweißen.of the primary medium is supported by a number of evenly distributed nozzles 55, which bear against the tube sheet when the Edge is welded on. Since the internal pressure is considerably less than the external pressure, it is not necessary to have any of these Welding socket on the contact surface of the tube sheet.
Vorzugsweise werden die Dampferzeuger-Bausteine in Gruppen von neun und zehn eingeteilt und, wie zuvor dargestellt, in wenigstens drei vertikalen Lagen zueinander angeordnet, um eine unbeschränkte Strömung des Pcimärmediums zu erlauben. Auch, kann sich jeder Baustein frei in vertikaler Richtung bei betrieblichen Übergangszuetänden aufgrund der Elastizität in der Verteilleitung dehnen oder zusammenziehen. Weiterhin sind die BehälterdurchfUhrungen fUr die Speisewassereintritte und Danpfaustritte im allgemeinen in jedem Viertelkreis des Behälters symmetrisch.The steam generator modules are preferably divided into groups of nine and ten and, as shown above, into at least three vertical layers arranged to each other in order to allow an unrestricted flow of the Pcimärmediums. Also, each building block can be free in the vertical direction in operational transition states expand or contract due to the elasticity in the distribution line. Furthermore, the container feedthroughs are for the Feed water inlets and steam outlets generally symmetrical in each quarter circle of the tank.
Im Betrieb strömt Primärwasser in Längsrichtung nach unten Über die Dampferzeugerrohre mit etwa der gleichen Geschwindigkeit wie sie im Core herrscht. Speisewasser oder das Sekundärmedium wird durch den Eintritt in das Speisewasserrohr 56 aufgegeben. Das Speisewasser strömt dann nach unten zu dem unteren Bausteinsammler und wird gleichmäßig von dem unteren Sammler auf jedes Kesselrohr aufgeteilt; wenn es vertikal durch die Rohre 47 aufwärts strömt, wird es verdampft und Überhitzt, um im oberen Sammler zwecks Verteilung, Über die Öffnung 60, auf die Verteiler des Energieerzeugungsaggregats des Systems gesammelt zu werden.During operation, primary water flows downwards in a longitudinal direction the steam generator pipes at about the same speed as it prevails in the core. Feed water or the secondary medium abandoned by entering the feedwater pipe 56. The feed water then flows down to the lower block collector and is evenly distributed to each boiler tube by the lower header; when it flows vertically upwards through the tubes 47, it is evaporated and superheated in order to be distributed in the upper collector, via the opening 60, to the distributors of the power generation unit of the system to be collected.
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Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, daß der Dampferzeuger-Baustein mit oder ohne Einziehen der einzelnen Kesselrohre frei von kritischen oder ungewöhnlichen Stabilitätsproblemen ist.Experimental results have shown that the steam generator building block is free of critical or unusual stability problems with or without pulling in the individual boiler tubes.
Bei dem zuvor beschriebenen System können undichte Rohre abgesperrt werden, ohne daß man den Betrieb der Anlage unterbricht. Unter Druck werden die Rohrwände des Erzeugers weniger durch Schäden beeinträchtigt und unterliegen weniger Spannungskorrosionsrißbildung. Die Rohre können bei niedrigeren Beanspruchungen arbeiten und sollten nicht undicht werden, selbst wenn sie zusammenbrechen. Auch benötigen die einzelnen Dampferzeuger nicht die speziellen Werkstatteinrichtungen wie ein konventionelles Aggregat. Somit ist der Baustein gut fUr Massenproduktionsverfahren geeignet, die zuvor bei der Herstellung von Dampferzeugern fUr Druckwasserreaktoren nicht verwendbar waren*In the system described above, leaky pipes can be shut off without interrupting the operation of the system. Under pressure, the pipe walls of the generator are less affected by damage and are less prone to stress corrosion cracking. The pipes can and should not work at lower stresses leak even if they collapse. The individual steam generators also do not need the special workshop equipment like a conventional unit. Thus the building block is good for Suitable for mass production processes which previously could not be used in the manufacture of steam generators for pressurized water reactors *
Abschließend kann man sagen, daß die zuvor beschriebene und im Vergleich zur Leistung vorhandene extreme Kompaktheit des Systems zu großen Einsparungen bei der Fertigung, der Wartung und dem Betrieb eines Kraftwerks fuhrt. Die besondere Konstruktion und Anordnung des Reaktors selbst hat den Glauben aus der Welt geschafft, daß Druckwasserreaktoren schwierig zu warten und zu befahren sind. Außerdem benötigt ein solches System weniger und nicht komplizierte Hilfsund Sicherheitssysteme, die dazu neigen, die Kosten eines Üblichen konventionellen Systems zu steigern.In conclusion, it can be said that the previously described and compared The extreme compactness of the system available for performance results in great savings in manufacturing, maintenance and operation of a power plant. The special construction and arrangement of the reactor itself has erased the belief that pressurized water reactors difficult to maintain and navigate. In addition, such a system requires fewer and uncomplicated auxiliary systems Security systems which tend to add to the cost of an ordinary conventional system.
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Claims (2)
dem Sekundärmediura in irgendeinem von einer Anzahl einzeln einschaltbarer paralleler Teilströraungswege erfolgt, die aus dem Hauptsekundärströmungsweg stammen und zu demselben führen.3. Device according to claim 2, characterized in that the heat exchange between the primary medium and
the secondary mediura occurs in any of a number of individually switchable parallel partial flow paths which originate from and lead to the main secondary flow path.
dem Sekundärmedium vollständig in einer Anzahl einzeln einschaltbarer paralleler Teilströmungswege erfolgt, die aus dem Hauptsekundärströmungsweg stammen und zu demselben fuhren*4. Device according to claim 2, characterized in that the heat exchange between the primary medium and
the secondary medium takes place completely in a number of individually switchable parallel partial flow paths that originate from the main secondary flow path and lead to the same *
von denen jedes an einem getrennten Rohrboden der einzelnen
Sammler befestigt ist.5. Device according to claim 2, characterized in that each of the longitudinal tubes ends in two end pieces,
each of which on a separate tube sheet of each
Collector is attached.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BI | Miscellaneous see part 2 | ||
8235 | Patent refused |